近年来,随着以硅基半导体材料体系为核心的微电子技术、MEMS技术的迅猛发展,应变工程在微纳米光电科学工程领域得到了广泛应用。采用实验手段实现硅基半导体材料表面与内部应力/应变的定量分析,准确表征硅基半导体结构的应力状态与分布,既是半导体制造中的共性需求,也是新型半导体器件研发中的关键环节。然而,对于应用范围最广的{100}晶面族单晶硅,现有的基于显微拉曼光谱的应力分析方法,无法实现其复杂应力状态的分量解耦分析。针对以上问题,本文发展了{100}晶面族单晶硅拉曼力学表征方法的实验研究,建立了面内应力状态的光谱力学分析模型,研制了角度分辨斜向背散射显微拉曼系统,并基于该系统开展了一系列标定与验证实验。本文首先建立了{100}晶面族单晶硅复杂应力状态的拉曼力学分析模型。通过改变入射光和散射光的几何与偏振构型获得了具有不同拉曼活性声子的选择,从而得到各自独立的、各应力分量权重各异的解析表达式(组)。在此基础上,进一步提出了可实现面内应力分量解耦分析的两种适用方法,即解析法与拟合法。本文研制了角度分辨斜向背散射拉曼测量系统。该系统激光入射倾角、样品转角以及入射/散射光的偏振角度均能够实现原位、连续可调。基于该测量系统的一系列标定实验结果表明,该系统在同等情况下能够得到与商用系统一致的实验结果,其所测得的光谱信息数据稳定、可靠、准确。本文基于所研制的角度分辨斜向背散射拉曼测量系统开展了{100}晶面族单晶硅复杂应力表征理论模型的验证实验。通过轴向压缩实验与围压实验,验证了本文所提出的面内应力状态拉曼表征方法的正确性与适用性。